WO2020221489A1 - GLEITRINGDICHTUNGSANORDNUNG, INSBESONDERE FÜR HEIßE MEDIEN, SOWIE PUMPENANORDNUNG - Google Patents

GLEITRINGDICHTUNGSANORDNUNG, INSBESONDERE FÜR HEIßE MEDIEN, SOWIE PUMPENANORDNUNG Download PDF

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WO2020221489A1
WO2020221489A1 PCT/EP2020/054864 EP2020054864W WO2020221489A1 WO 2020221489 A1 WO2020221489 A1 WO 2020221489A1 EP 2020054864 W EP2020054864 W EP 2020054864W WO 2020221489 A1 WO2020221489 A1 WO 2020221489A1
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WO
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mechanical seal
seal arrangement
pump
circulating
conveying channel
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/054864
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Kilian Obertanner
Johannes Bauer
Josef GERG
Stefan Ledig
Joseph Kiermeir
Christoph Rapp
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Eagleburgmann Germany Gmbh & Co. Kg
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3404—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D1/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
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    • F04D29/126—Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for liquid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/12—Shaft sealings using sealing-rings
    • F04D29/126—Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/128—Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for liquid pumps with special means for adducting cooling or sealing fluid

Definitions

  • the invention relates to a mechanical seal arrangement, in particular for hot media, and a pump arrangement with such a mechanical seal arrangement.
  • a further object of the present invention is to provide a pump arrangement which is particularly suitable for pumping hot media and enables the pump of the pump arrangement to be sealed by means of a mechanical seal arrangement according to the invention.
  • the mechanical seal arrangement according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that a significantly improved cooling of the mechanical seal is possible. Furthermore, the structure and manufacture of the mechanical seal arrangement can be significantly simplified since no separate locking circuit is necessary. In particular, an additional circulating pump in the barrier circuit with an additional cooling medium can be avoided, which, in addition to saving the circulating pump, also enables the energy required to be reduced when the mechanical seal arrangement is in operation.
  • the mechanical seal arrangement comprises a mechanical seal with a rotating and a stationary Gteitring, which define a sealing gap between their sliding surfaces. Furthermore, a Umicaiz- conveyor device is provided, which is arranged adjacent to the rotating seal ring.
  • the circulation conveying device conveys fluid into a circulation line in which a cooling device is arranged for cooling the circulated fluid.
  • the circulation line leads from the circulation conveyor to a space which is arranged at the sealing gap of the mechanical seal. This allows cool medium to be fed to the slip rings.
  • the circulation conveyor comprises a rotating circulation rotor and a hollow cylindrical housing.
  • the circulating rotor is connected to a rotating component, for example a shaft or a sleeve placed on the shaft.
  • the housing of the Umicaiz- conveyor device comprises an inner and an outer jacket surface, a conveyor channel being provided on the outer jacket surface.
  • the conveying channel has a start area and an end area and is formed in the circumferential direction along the outer jacket surface.
  • the start area and the end area are separated from each other by a separator.
  • the conveying channel is not closed all around, but rather has the start area and the end area, which are not connected to one another in a circumferential direction, since the separating web ensures separation.
  • a plurality of feed openings are provided which open from the inner surface of the housing in the conveying channel.
  • a single outlet opening is provided at the end of the conveying channel.
  • the fluid is conveyed by the circulation conveying device from the inside of the housing through the supply openings into the conveying channel and passed out of the conveying channel via the outlet opening into the circulation line to the cooling device.
  • the cooled fluid is led to the space at the sealing gap of the mechanical seal and there cools the sliding rings accordingly.
  • the mechanical seal arrangement according to the invention is particularly suitable for sealing off hot media, for example in power station applications or industrial applications with hot media.
  • the outlet opening on the housing of the circulation conveyor device is preferably directed in the axial direction of the mechanical seal arrangement.
  • a width of the conveyor channel in the housing of the circulating conveyor device increases from the start area to the end area.
  • the width of the conveying channel increases continuously.
  • the width of the conveyor channel increases in steps from the start area to the end area, preferably in steps of the same size. Since a large number of feed openings are provided in the housing along the circumference, a pressure level of the fluid in the area of the conveying channel remains largely constant during operation, since the pressure actually increases due to the expansion of the conveying channel, but due to the constant supply at a number of positions the feed devices this pressure level is reduced again.
  • the large number of feed openings to the conveying channel are inclined at an acute angle ⁇ in relation to a radial direction of the sliding ring seal arrangement.
  • the circulating rotor of the circulating conveying device particularly preferably comprises a plurality of blades.
  • the blades are preferably arcuate hollow cylinder sections, whereby the production can be carried out particularly simply and inexpensively. More preferably, the blades are partially arranged radially inside the supply openings in the housing of the circulating conveyor device.
  • the number of blades of the circulating rotor is not a multiple of the number of feed openings.
  • the number of blades and the number of feed openings are not the same, or not twice as large, or not three times as large, etc. For example, five feed openings are provided and nine paddles. This significantly reduces vibrations during operation, so that the service life of the mechanical seal can be further increased.
  • all center points of the feed openings in the housing are preferably arranged in a first plane which is perpendicular to the center axis of the mechanical seal.
  • the conveyor channel in the housing of the circulating conveyor device is designed in such a way that the conveyor channel has a first wall which lies in a second plane perpendicular to the center axis XX of the mechanical seal.
  • the beginning of the outlet opening preferably lies in a third plane which is perpendicular to the axial direction.
  • a first distance between the second and third level is at least twice as large as a second distance between the second and first level. It is thus achieved that there is a greater distance between the first plane in which the supply openings lie and the plane at which the outlet opening begins. As a result, the conveying performance of the circulating conveyor can be further improved.
  • the present invention also relates to a pump arrangement comprising a pump with a pump rotor and a mechanical seal arrangement according to the invention.
  • the pump arrangement is preferably designed in such a way that the mechanical seal arrangement is arranged radially within a housing part of the pump. This results in a short construction, particularly in the axial direction, since the mechanical seal arrangement can be positioned in particular directly adjacent to the pump rotor of the pump. Since the circulating conveyor is arranged directly on the mechanical seal and has a particularly flat structure, especially in the radial direction of the mechanical seal, the mechanical seal arrangement according to the invention can also be easily retrofitted in existing pumps, since it can be easily installed in a housing of the pumps already installed.
  • the pump arrangement is preferably set up to convey hot media, for example hot feed water from power plant applications or the like.
  • Fig. 1 is a schematic view of a pump arrangement with a
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of the mechanical seal arrangement from FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a schematic, perspective illustration of a housing of a circulating conveyor device from FIG. 2,
  • FIGS. 4 and 5 are schematic side views of the housing from FIG. 3,
  • FIGS. 2 shows a schematic sectional view of the circulating conveyor device from FIGS. 2, and 7 shows a schematic view of a housing of a pump arrangement with a
  • a pump arrangement 30 with a sliding ring seal arrangement 1 is described in detail below with reference to FIGS. 1 to 6.
  • the pump arrangement 30 comprises a pump 31 and a pump
  • Slide ring seal arrangement 1 which seals a fluid space 34 of the pump 31 from an atmosphere 36 on a drive shaft 21.
  • the pump 31 comprises a pump rotor 32 which is arranged in a pump housing 33. Via a gap 35 between the drive shaft 21 and the pump housing 33, the fluid space 34 is connected to a receiving space 37 in which the sliding ring seal arrangement 1 is arranged.
  • the sliding ring seal arrangement 1 can be seen in detail from FIG.
  • the sliding ring seal arrangement 1 here comprises a sliding ring seal 2 and a circulating conveyor device 7.
  • the mechanical seal 2 comprises a rotating sliding ring 3 and a stationary sliding ring 4, which define a sealing gap 5 between their sealing surfaces 3a, 4a.
  • the rotating slide ring 3 is fixed on a sleeve 22 which is pressed onto the drive shaft 21, for example with a press fit.
  • the circulating conveyor device 7 comprises a circulating rotor 8, which is fixed to the sleeve 22, and a hollow cylindrical housing 9.
  • the circulating rotor 8 is arranged inside the hollow cylindrical housing 9.
  • the circulation conveyor 7 further comprises a circulation line 19, in which a cooling device 20 for cooling the circulated fluid is arranged (cf. FIG. 1).
  • the circulating rotor 8 and the hollow cylindrical housing 9 of the circulating conveyor device 7 can be seen in detail from FIGS. 3 to 6.
  • the circulating rotor 8 is arranged inside the housing 9 and comprises a plurality of blades 80.
  • the circulating rotor 8 comprises exactly nine blades.
  • the hollow cylindrical housing 9 has an inner jacket surface 11 and an outer jacket surface 12. As can be seen from Fig. 2, the circulating rotor 8 is arranged at a small distance from the inner jacket surface 1 1 rin the outer jacket surface 12 is a Conveying channel 10 formed.
  • the conveying channel 10 is only a few millimeters deep.
  • the conveying channel 10 has a start area 13 and an end area 14.
  • the start area 13 and the end area 14 are separated from one another by a separating web 15.
  • the conveying channel 10 is not provided completely circumferentially on the outer circumference of the housing 9, but only connects the start area 13 to the end area 14 in one circumferential direction.
  • a large number of supply openings 16 are provided in the hollow cylindrical housing 9.
  • exactly five feed openings 16 are provided.
  • the feed openings 16 are through openings which connect the inner circumferential surface 11 of the housing 9 to the conveying channel 10.
  • a single outlet opening 17 is provided at the end region 14 of the conveyor channel 10.
  • the outlet opening 17 is directed in the axial direction (see FIG. 6).
  • the outlet opening 17 is followed by an outlet channel 18, which leads to a first connection 91, at which the circulation line 19 begins.
  • the first connection 91 is connected to the outlet channel 18 via a first connection opening 93.
  • the first connection 91 is arranged in a second housing part 90.
  • the circulation line 19 then guides the fluid to the cooling device 20 and from there the fluid reaches a second connection 92, which is also provided in the second housing part 90.
  • the first connection 91 and the second connection 92 can be opposite one another by 180 °.
  • the fluid is guided from the second connection 92 via a second connection opening 94 and a further connection channel 95 into a space 6 on the mechanical seal.
  • cool fluid can be fed into the area of the sealing gap 5 and the two sliding rings 3, 4, so that the temperature at the sliding ring seal 2 cannot become too high.
  • fluid which is conveyed by the pump 31 is also used to cool the mechanical seal 2.
  • the fluid is here supplied to the circulating conveyor device 7 via the gap 35 and from there passed via the supply openings 16 and the conveyor channel 10 to the single outlet opening 17. From there, the fluid is guided via the circulation line 19 to the cooling device 20 and cooled there and then via the second connection 92 and the second connection opening 94 and the further connection channel 95 led back into the space 8 on the mechanical seal 2. This makes it possible for a temperature on the mechanical seal 2 and its components to be kept relatively low.
  • the feed openings 16 are provided in such a way that the center points of all feed openings 16 are arranged in a first plane Ei, which is perpendicular to an axial direction X-X of the mechanical seal.
  • the feed openings 16 are positioned directly adjacent to a first wall 10a of the conveying channel 10.
  • the first wall 10a is provided in such a way that the first wall 10a is provided in a second plane E2, which is also perpendicular to an axial direction X-X.
  • a second wall 10b of the conveying channel 10 is then arranged in such a way that the conveying channel 10, proceeding from the start area 13, enlarges continuously up to the end area 14.
  • a start of the outlet opening 17 lies in a third plane E3, which is perpendicular to the axial direction X-X.
  • a first distance Di between the second plane E2 and the third plane E3 is at least twice as large as a second distance D2 between the second plane E2 and the first plane E1. It can thus be ensured that there is a sufficient distance between the supply openings 16 and the outlet opening 17, which further improves the performance of the circulating conveyor device 7.
  • the feed openings 16 are also provided in such a way that a center line M of each feed opening 16 is arranged at an acute angle a to a radial line R, starting from a center axis of the mechanical seal 2.
  • the feed openings 16 are thus inclined in the direction of rotation (conveying direction), which is indicated in FIG. 6 by the arrow A, as a result of which the conveying capacity in the conveying channel 10 is further increased.
  • the angle a is the same for all feed openings 16.
  • the number of supply openings 16 and the number of blades 80 of the circulating rotor 8 are selected such that the number of blades is not an even multiple of the supply openings 16. This can suppress any vibrations that may occur during operation.
  • a sum of all cross-sections of the supply openings is also preferably equal to a cross-section of the outlet opening 17.
  • a separate barrier fluid system with an additional fluid can also be dispensed with and the mechanical seal 2 can still be cooled.
  • investment costs for the system can be reduced and, on the other hand, operating costs are also significantly reduced because no additional separate circulation pump has to be operated in the circulation circuit.
  • the circulation of the fluid for cooling is carried out exclusively by means of the circulation conveyor 7 of the invention.
  • the circulating conveyor device 7 is arranged in the axial direction X-X between the pump 31 and the sliding ring seal 2.
  • the mechanical seal arrangement 1 and in particular the circulating conveyor device 7 are arranged within the pump housing 33.
  • the inventive design of the circulating conveyor 7 makes it possible for it to be extremely flat, so that, for example, retrofitting with a mechanical seal arrangement 1 according to the invention is also possible in existing pumps without having to make adjustments to the pump.
  • Another advantage of the invention is that an overall length in the axial direction X-X of the mechanical seal arrangement 1 can be kept relatively short, since the partial area of the circulating conveyor device 7 and part of the mechanical seal 2 can be arranged within the pump housing 33.
  • the mechanical seal arrangement 1 thus also fulfills the necessary requirements for the radial installation space, which pump suppliers should often keep as small as possible.
  • a pump manufacturer does not have to change a pump housing 31 for the cooling according to the invention, since an inlet and an outlet are integrated in the mechanical seal arrangement 1 according to the invention.
  • a mechanical seal arrangement 1 according to a second preferred exemplary embodiment of the invention is described in detail below with reference to FIG. 7.
  • the second exemplary embodiment essentially corresponds to the first exemplary embodiment, with technically identical components being denoted by the same reference symbols.
  • the geometric shape of the conveying channel 10 in the second exemplary embodiment is different from the first exemplary embodiment.
  • the widening of the conveying channel 10 takes place in a step-shaped manner starting from the start area 13 to the end area 14.
  • a second wall 10c that widens in steps is provided here. The length of the steps in the circumferential direction is always the same. Due to the step-shaped second wall 10c, a pressure increase in the channel 10 can thus be defined very precisely during operation.
  • the second exemplary embodiment corresponds to the first exemplary embodiment, so that reference can be made to the description given there. List of reference symbols

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung zur Abdichtung an einem rotierenden Bauteil (21), umfassend eine Gleitringdichtung (2) mit einem rotierenden Gleitring (3) und einem stationären Gleitring (4), welche zwischen ihren Gleitflächen (3a, 4a) einen Dichtspalt (5) definieren, eine Umwälz-Fördereinrichtung (7), welche benachbart zum rotierenden Gleitring (3) angeordnet ist, wobei die Umwälz-Fördereinrichtung (7) eine Umwälzleitung (19), in welcher eine Kühleinrichtung (20) zur Abkühlung des umgewälzten Fluids angeordnet ist, einen Umwälzrotor (8) und ein hohlzylindrisches Gehäuse (9) umfasst, wobei die Umwälzleitung (19) zu einem Raum (6) im Bereich des Dichtspalts (5) der Gleitringdichtung (2) führt, wobei das hohlzylindrische Gehäuse (9) eine innere Mantelfläche (11) und eine äußere Mantelfläche (12) aufweist und wobei an der äußeren Mantelfläche (12) ein Förderkanal (10) vorgesehen ist, welcher von einem Startbereich (13) zu einem Endbereich (14) entlang der äußeren Mantelfläche (12) ausgebildet ist, wobei der Startbereich (13) des Förderkanals (10) vom Endbereich (14) durch einen Trennsteg (15) getrennt ist, wobei eine Vielzahl von Zufuhröffnungen (16) im hohlzylindrischen Gehäuse (9) vorgesehen ist, welche von der inneren Mantelfläche (11) aus im Förderkanal (10) münden, und wobei eine einzige Austrittsöffnung (17) am Endbereich (14) vorgesehen ist.

Description

Gleitringdichtungsanordnung, insbesondere für heiße Medien, sowie Pumpenanordnung
Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung, insbesondere für heiße Medien sowie eine Pumpenanordnung mit einer derartigen Gleitringdichtungsanordnung.
Gleitringdichtungsanordnungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Im Betrieb kann sich im Bereich der Gleitringe der Gleitringdichtung eine Wärmeentwicklung ergeben, welche im Extremfall zu Schäden bzw. kurzen Lebensdauern der Gleitringe führen kann. Um die Temperatur an den Gleitringen zu senken wird daher gekühltes Sperrmedium verwendet, welches zu den Gleitungen und insbesondere in den Dichtspalt zugeführt wird. Dadurch kann die Temperatur an den Gleitringen gesenkt werden. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass dies einen erheblichen konstruktiven Aufbau mit einer zusätzlichen Anlage für das Sperrfluid benötigt. Die Problematik der Wärmeentwicklung wird beispielsweise noch gesteigert, wenn die Gleitringdichtungsanordnung bei heißen Medien, beispielsweise bei Kraftwe rksa n we nd u n g e n , eingesetzt wird.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtungsanordnung, insbesondere zur Abdichtung von heißen Medien, bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und kostengünstiger Herstellbarkeit temperaturbedingte Schädigungen der Gleitringdichtung vermeiden kann. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Pumpenanordnung bereitzustellen, welche insbesondere zur Förderung von heißen Medien geeignet ist und eine Abdichtung der Pumpe der Pumpenanordnung mittels einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eine Pumpenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Die Unteransprüche zeigen jeweils bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Gleitringdiehtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist dabei den Vorteil auf, dass eine deutlich verbesserte Kühlung der Gleitringdichtung möglich ist. Weiterhin kann der Aufbau und die Herstellung der Gleitringdiehtungsanordnung signifikant vereinfacht werden, da kein separater Sperrkreisiauf notwendig ist. Insbesondere kann eine zusätzliche Umwälzpumpe im Sperrkreislauf mit einem zusätzlichen Kühlmedium vermieden werden, was neben der Einsparung der Umwälzpumpe auch im Betrieb der Gleitringdichtungsanordnung eine Reduzierung der notwendigen Energie ermögiicht. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, das die Gleitringdichtungsanordnung eine Gleitringdichtung mit einem rotierenden und einem stationären Gteitring umfasst, welche zwischen ihren Gleitflächen einen Dichtspalt definieren. Ferner ist eine Umwäiz- Fördereinrichtung vorgesehen, welche benachbart zum rotierenden Gleitring angeordnet ist. Die Umwäiz-Fördereinrichtung fördert Fluid in eine Umwälzleitung, in welcher eine Kühleinrichtung zur Abkühlung des umgewälzten Fluids angeordnet ist. Die Umwälzleitung führt dabei von der Umwäiz-Fördereinrichtung zu einem Raum, welcher am Dichtspalt der Gleitringdichtung angeordnet ist. Dadurch kann kühles Medium zu den Gleitringen geführt werden. Die Umwäiz-Fördereinrichtung umfasst einen rotierenden Umwäizrotor und ein hohlzylindrisches Gehäuse. Der Umwälzrotor ist mit einem rotierenden Bauteil, beispielsweise einer Welle oder einer auf die Welle aufgesetzten Hülse verbunden. Das Gehäuse der Umwäiz- Fördereinrichtung umfasst eine innere und eine äußere Mantelfläche, wobei an der äußeren Mantelfläche ein Förderkanal vorgesehen ist. Der Förderkanal weist einen Startbereich und einen Endbereich auf und ist in Umfangsrichtung entlang der äußeren Mantelfläche ausgebildet. Dabei sind der Startbereich und der Endbereich durch einen Trenn sieg voneinander getrennt. Hierdurch ist der Förderkanal nicht umlaufend geschlossen, sondern weist den Startbereich und den Endbereich auf, welche in einer Umfangsrichtung nicht miteinander in Verbindung stehen, da der Trenn Steg für eine Trennung sorgt. Ferner ist eine Vielzahl von Zufuhröffnungen vorgesehen, welche von der inneren Mantelfläche des Gehäuses im Förderkanal münden. Weiterhin ist eine einzige Austrittsöffnung am Endbereich des Förderkanals vorgesehen.
Somit wird das Fluid durch die Umwäiz-Fördereinrichtung von der Innenseite des Gehäuses durch die Zufuhröffnungen in den Förderkanal gefördert und aus dem Förderkanal über die Austrittsöffnung in die Umwälzieitung zur Kühleinrichtung geleitet. Nachdem das Fluid in der Kühleinrichtung abgekühlt wurde, wird das abgekühlte Fluid zu dem Raum am Dichtspalt der Gleitringdichtung geführt und kühlt dort die Gleitringe entsprechend ab. Dadurch reduziert sich ein Verschleiß der Gleitringe und eine Lebensdauer der Gleitringe und der gesamten Gleitringdichtung wird signifikant verlängert, wodurch Austauschintervalle vergrößert werden können. Die Gleitringdichtungsanordnung gemäß der Erfindung ist besonders geeignet zur Abdichtung von heißen Medien, beispielsweise bei Kraftwerksanwendungen oder industriellen Anwendungen mit heißen Medien. Vorzugsweise ist die Austrittsöffnung am Gehäuse der Umwäiz-Fördereinrichtung in Axialrichtung der Gleitringdichtungsanordnung gerichtet. Hierdurch ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau der Gleitringdichtungsanordnung, welcher insbesondere in eine Radialrichtung kieinbauend ausgelegt werden kann. Dadurch ist eine einfache Montage der Gleitringdichtungsanordnung in einem Gehäuse einer Pumpe, beispielsweise eines Kraftwerks od. dgl. möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vergrößert sich eine Breite des Förderkanals im Gehäuse der Umwäiz-Fördereinrichtung ausgehend vom Startbereich bis zum Endbereich. Besonders bevorzugt vergrößert sich die Breite des Förderkanals dabei kontinuierlich. Alternativ vergrößert sich die Breite des Förderkanals vom Startbereich bis zum Endbereich stufenförmig, vorzugsweise in gleichgroßen Stufen. Da entlang des Umfangs eine Vielzahl von Zufuhröffnungen im Gehäuse vorgesehen sind, bleibt im Betrieb ein Druckniveau des Fluids im Bereich des Förderkanals weitgehend konstant, da sich durch die Erweiterung des Förderkanals der Druck eigentlich vergrößert, jedoch durch die stete Zufuhr an einer Vielzahl von Positionen über die Zuführeinrichtungen dieses Druckniveau wieder reduziert wird.
Um eine besonders gute Förderleistung zu erreichen, sind die Vielzahl von Zufuhröffnungen zum Förderkanal zu einer Radialrichtung der Gieitringdichtungsanordnung in einem spitzen Winkel a geneigt. Besonders bevorzugt umfasst der Umwälzrotor der Umwäiz-Fördereinrichtung eine Vielzahl von Schaufeln. Die Schaufein sind vorzugsweise bogenförmige Hohlzylinderabschnitte, wodurch die Herstellung besonders einfach und kostengünstig ausführbar ist. Weiter bevorzugt sind die Schaufein teilweise radial innerhalb der Zufuhröffnungen im Gehäuse der Umwäiz- Fördereinrichtung angeordnet. Um im Betrieb mögliche auftretende Schwingungen zu vermeiden, ist eine Anzahl der Schaufeln des Umwälzrotors kein Vielfaches der Anzahl der Zufuhröffnungen. D.h,, die Anzahl der Schaufeln und die Anzahl der Zufuhröffnungen sind nicht gleich bzw. nicht doppelt so groß, bzw. nicht dreimal so groß, usw. Beispielsweise sind fünf Zufuhröffnungen vorgesehen und neun Schaufein. Somit reduzieren sich signifikant Schwingungen im Betrieb, so dass die Lebensdauer der Gleitringdichtung weiter vergrößert werden kann. Um eine besonders gute Förderleistung der Umwäiz-Fördereinrichtung zu erreichen, sind vorzugsweise alle Mittelpunkte der Zufuhröffnungen im Gehäuse in einer ersten Ebene angeordnet, welche senkrecht zur Mittelachse der Gleitringdichtung liegt. Weiter bevorzugt ist der Förderkanal im Gehäuse der Umwälz-Fördereinrichtung derart ausgebildet, dass der Förderkanal eine erste Wand aufweist, welche in einer zweiten Ebene senkrecht zur Mittelachse X-X der Gleitringdichtung liegt.
Vorzugsweise liegt der Beginn der Austrittsöffnung in einer dritten Ebene, welche senkrecht zur Axialrichtung ist. Dabei ist ein erster Abstand zwischen der zweiten und dritten Ebene mindestens doppelt so groß wie ein zweiter Abstand zwischen der zweiten und ersten Ebene. Somit wird erreicht, dass zwischen der ersten Ebene, in welcher die Zufuhröffnungen liegen und der Ebene, an welcher die Austrittsöffnung beginnt, ein größerer Abstand vorhanden ist. Dadurch kann die Förderleistung der Umwälz-Fördereinrichtung weiter verbessert werden.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Pumpenanordnung umfassend eine Pumpe mit einem Pumpenrotor und einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung.
Die Pumpenanordnung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Gleitringdichtungsanordnung radial innerhalb eines Gehäuseteils der Pumpe angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich eine insbesondere in Axialrichtung kurze Bauweise, da die Gleitringdichtungsanordnung insbesondere direkt benachbart zum Pumpenrotor der Pumpe positionierbar ist. Da die Umwälz-Fördereinrichtung unmittelbar an der Gleitringdichtung angeordnet ist und insbesondere in Radialrichtung der Gleitringdichtung einen besonders flachen Aufbau aufweist, ist auch eine einfache Nachrüstung der erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung bei bestehenden Pumpen möglich, da ein problemloser Einbau in ein Gehäuse der schon eingebauten Pumpen möglich ist.
Die Pumpenanordnung ist vorzugsweise zur Förderung von heißen Medien, beispielsweise heißem Speisewasser von Kraftwerksanwendungen od. dgl. eingerichtet.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Pumpenanordnung mit einer
Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht der Gleitringdichtungsanordnung von Fig. 1 ,
Fig, 3 eine schematische, perspektivische Darstellung eines Gehäuses einer Umwälz- Fördereinrichtung von Fig. 2,
Fig. 4 und 5 schematische Seitenansichten des Gehäuses von Fig. 3,
Fig. 6 eine schematische Schnittansicht der Umwälz-Fördereinrichtung von Fig. 2, und Fig. 7 eine schematische Ansicht eines Gehäuses einer Pumpenanordnung mit einer
Gieitringdichtungsanordnung gemäß einem zweiten bevorzugten
Ausführungsbeispiel der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 6 eine Pumpenanordnung 30 mit einer Gieitringdichtungsanordnung 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiei der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus Fig 1 ersichtlich ist, umfasst die Pumpenanordnung 30 eine Pumpe 31 sowie eine
Gieitringdichtungsanordnung 1 , welche einen Fluidraum 34 der Pumpe 31 gegenüber einer Atmosphäre 36 an einer Antriebswelle 21 abdichtet.
Die Pumpe 31 umfasst einen Pumpenrotor 32, welcher in einem Pumpengehäuse 33 angeordnet ist. Über einen Spalt 35 zwischen der Antriebswelle 21 und dem Pumpengehäuse 33 ist der Fluidraum 34 mit einem Aufnahmeraum 37 verbunden, in welchem die Gieitringdichtungsanordnung 1 angeordnet ist.
Die Gieitringdichtungsanordnung 1 ist im Detail aus der Fig. 2 ersichtlich. Die Gieitringdichtungsanordnung 1 umfasst hierbei eine Gleitringdichtung 2 sowie eine Umwälz- Fördereinrichtung 7.
Die Gleitringdichtung 2 umfasst einen rotierenden Gleitring 3 und einen stationären Gleitring 4, welche zwischen ihren Dichtflächen 3a, 4a einen Dichtspait 5 definieren. Der rotierende Gleitring 3 ist auf einer Hülse 22 fixiert, welche auf der Antriebswelle 21 , beispielsweise mit einer Presspassung, aufgepresst ist.
Die Umwälz-Fördereinrichtung 7 umfasst einen Umwälzrotor 8, weicher an der Hülse 22 fixiert ist, sowie ein hohlzylindrisches Gehäuse 9. Der Umwälzrotor 8 ist dabei innerhalb des hohlzylindrischen Gehäuses 9 angeordnet. Die Umwäiz-Fördereinrichtung 7 umfasst ferner eine Umwälzleitung 19, in weicher eine Kühleinrichtung 20 zur Abkühlung des umgewälzten Fiuids angeordnet ist (vgl. Fig. 1 ).
Der Umwälzrotor 8 und das hohlzylindrische Gehäuse 9 der Umwälz-Fördereinrichtung 7 sind im Detail aus den Fig. 3 bis 6 ersichtlich. Der Umwälzrotor 8 ist innerhalb des Gehäuses 9 angeordnet und umfasst eine Vielzahl von Schaufeln 80. In diesem Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 6 gezeigt, umfasst der Umwälzrotor 8 genau neun Schaufeln.
Das hohlzylindrische Gehäuse 9 weist eine innere Mantelfläche 11 und eine äußere Mantelfläche 12 auf. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist der Umwälzrotor 8 dabei mit einem kleinen Abstand zu der inneren Mantelfläche 1 1 angeordnet rin der äußeren Mantelfläche 12 ist ein Förderkanal 10 ausgebildet. Der Förderkanal 10 weist hierbei nur eine geringe Tiefe von wenigen Millimetern auf.
Wie aus den Fig 3 bis 5 ersichtlich ist, weist der Förderkanal 10 einen Startbereich 13 und einen Endbereich 14 auf. Hierbei sind der Startbereich 13 und der Endbereich 14 durch einen Trennsteg 15 voneinander getrennt. Dadurch ist der Förderkanal 10 nicht vollständig umlaufend am äußeren Umfang des Gehäuses 9 vorgesehen, sondern verbindet den Startbereich 13 mit dem Endbereich 14 nur in eine Umfangsrichtung, Dadurch können Förderverluste vermieden werden, welche entstehen, wenn ein vollständig umlaufender Kanal vorgesehen wäre.
Damit Fluid vom Umwälzrotor 8 überhaupt in den Förderkanal 10 gefördert werden kann, sind im hohlzylindrischen Gehäuse 9 eine Vielzahl von Zufuhröffnungen 16 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel sind genau fünf Zuführöffnungen 16 vorgesehen. Die Zuführöffnungen 16 sind Durchgangsöffnungen, welche die innere Mantelfläche 1 1 des Gehäuses 9 mit dem Förderkanal 10 verbinden. Somit wird Fluid von einer radialen Innenseite des Gehäuses 9 in den Förderkanal 10 an der radialen Außenseite des Gehäuses in den Förderkanal 10 gefördert.
Wie insbesondere aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, ist am Endbereich 14 des Förderkanais 10 eine einzige Austrittsöffnung 17 vorgesehen. Die Austrittsöffnung 17 ist dabei in Axialrichtung gerichtet (vgi. Fig. 6). An die Austrittsöffnung 17 schließt sich ein Austrittskanal 18 an, weicher zu einem ersten Anschluss 91 führt, an welchem die Umwäizleitung 19 beginnt. Der erste Anschluss 91 ist dabei über eine erste Verbindungsöffnung 93 mit dem Austrittskanal 18 verbunden. Der erste Anschluss 91 ist dabei in einem zweiten Gehäuseteil 90 angeordnet.
Die Umwäizleitung 19 führt dabei das Fluid dann zur Kühleinrichtung 20 und von dort gelangt das Fluid zu einem zweiten Anschluss 92, welcher ebenfalls im zweiten Gehäuseteil 90 vorgesehen ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, können der erste Anschluss 91 und der zweite Anschluss 92 einander um 180° gegenüberliegen. Vom zweiten Anschluss 92 wird das Fluid über eine zweite Verbindungsöffnung 94 und einen weiteren Verbindungskanal 95 in einen Raum 6 an der Gleitringdichtung geführt. Dadurch kann kühles Fluid in den Bereich des Dichtspalts 5 und der beiden Gleitringe 3, 4 zugeführt werden, so dass die Temperatur an der Gleitringdichtung 2 nicht zu hoch werden kann.
Somit wird erfindungsgemäß Fluid, welches durch die Pumpe 31 gefördert wird, auch zur Kühlung der Gleitringdichtung 2 verwendet. Das Fluid wird hierbei über den Spalt 35 zur Umwälz-Fördereinrichtung 7 zugeführt und von dort über die Zufuhröffnungen 16 und den Förderkanal 10 zur einzigen Austrittsöffnung 17 geführt. Von dort wird das Fluid über die Umwäizleitung 19 zur Kühleinrichtung 20 geführt und dort gekühlt und dann über den zweiten Anschluss 92 und die zweite Verbindungsöffnung 94 und den weiteren Verbindungskanal 95 wieder zurück in den Raum 8 an der Gleitringdichtung 2 geführt. Dadurch ist es möglich, dass eine Temperatur an der Gleitringdichtung 2 und deren Bauteile relativ niedrig gehalten werden kann.
Wie insbesondere auch aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, sind dabei die Zufuhröffnungen 16 derart vorgesehen, dass die Mittelpunkte aller Zufuhröffnungen 16 in einer ersten Ebene Ei , weiche senkrecht zu einer Axialrichtung X-X der Gleitringdichtung ist, angeordnet sind. Dabei sind die Zufuhröffnungen 16 unmittelbar benachbart zu einer ersten Wand 10a des Förderkanals 10 positioniert.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist die erste Wand 10a derart vorgesehen, dass die erste Wand 10a in einer zweiten Ebene E2, welche ebenfalls senkrecht zu einer Axialrichtung X-X ist, vorgesehen ist. Eine zweite Wand 10b des Förderkanals 10 ist dann derart angeordnet, dass sich der Förderkanal 10 ausgehend vom Startbereich 13 kontinuierlich bis zum Endbereich 14 vergrößert. Weiterhin liegt ein Beginn der Austrittsöffnung 17 in einer dritten Ebene E3, welche senkrecht zur Axialrichtung X-X ist. Dabei ist ein erster Abstand Di zwischen der zweiten Ebene E2 und der dritten Ebene E3 mindestens doppelt so groß wie ein zweiter Abstand D2 zwischen der zweiten Ebene E2 und der ersten Ebene E1. Somit kann sichergesteilt werden, dass ein ausreichender Abstand zwischen den Zufuhröffnungen 16 und der Austrittsöffnung 17 vorhanden ist, was die Leistung der Umwälz-Fördereinrichtung 7 weiter verbessert.
Wie weiter aus Fig. 6 ersichtlich ist, sind die Zufuhröffnungen 16 ferner derart vorgesehen, dass eine Mittellinie M jeder Zufuhröffnung 16 in einem spitzen Winkel a zu einer Radiallinie R, ausgehend von einer Mittelachse der Gleitringdichtung 2 angeordnet ist. Somit sind die Zufuhröffnungen 16 in Rotationsrichtung (Förderrichtung), welche in Fig. 6 durch den Pfeil A angedeutet ist, geneigt, wodurch die Förderleistung in den Förderkanal 10 weiter erhöht wird. Der Winkel a ist dabei bei allen Zufuhröffnungen 16 gleich.
Die Anzahl der Zufuhröffnungen 16 und die Anzahl der Schaufeln 80 des Umwälzrotors 8 sind dabei derart gewählt, dass die Anzahl der Schaufeln kein gerades Vielfaches der Zufuhröffnungen 16 ist. Dadurch können möglicherweise auftretende Schwingungen im Betrieb unterdrückt werden.
Weiter bevorzugt ist eine Summe aller Querschnitte der Zufuhröffnungen gleich einem Querschnitt der Austrittsöffnung 17.
Durch das Vorsehen der Umwälz-Fördereinrichtung 7 kann ferner auf ein separates Sperrfluidsystem mit einem zusätzlichen Fluid verzichtet werden und trotzdem eine Kühlung der Gleitringdichtung 2 erreicht werden. Hierdurch können einerseits Investitionskosten für die Anlage reduziert werden und andererseits werden auch Betriebskosten deutlich gesenkt, da im Umwälzkreislauf keine zusätzliche separate Umwälzpumpe betrieben werden muss. Die Umwälzung des Fluids zur Kühlung wird ausschließlich mittels der Umwäfz-Fördereinrichtung 7 der Erfindung ausgeführt.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Umwälz-Fördereinrichtung 7 in Axiairichtung X-X zwischen der Pumpe 31 und der Gfeitringdichtung 2 angeordnet. Dabei ist die Gleitringdichtungsanordnung 1 und insbesondere die Umwälz-Fördereinrichtung 7 innerhalb des Pumpengehäuses 33 angeordnet. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Umwälz- Fördereinrichtung 7 macht es dabei möglich, dass diese extrem flach bauend ist, so dass beispielsweise auch eine Nachrüstung mit einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung 1 bei schon bestehenden Pumpen möglich ist, ohne dass dabei Anpassungen an der Pumpe vorgenommen werden müssen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass eine Baulänge in Axialrichtung X-X der Gleitringdichtungsanordnung 1 relativ kurz gehalten werden kann, da der Teilbereich der Umwälz-Fördereinrichtung 7 und ein Teil der Gleitringdichtung 2 innerhalb des Pumpengehäuses 33 angeordnet werden kann. Somit erfüllt die Gleitringdichtungsanordnung 1 auch die notwendigen Anforderungen an den radialen Bauraum, welcher von Pumpenanbietern häufig möglichst klein gehalten werden soll.
Ferner muss ein Pumpenhersteller ein Pumpengehäuse 31 für die erfindungsgemäße Kühlung nicht ändern, da ein Eintritt und ein Austritt erfindungsgemäß in die Gleitringdichtungsanordnung 1 integriert ist.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 eine Gleitringdichtungsanordnung 1 gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei technisch gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, ist die geometrische Form des Förderkanals 10 beim zweiten Ausführungsbeispiel unterschiedlich zum ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Statt einer kontinuierlichen Erweiterung des Förderkanals erfolgt die Erweiterung des Förderkanals 10 ausgehend vom Startbereich 13 zum Endbereich 14 stufenförmig. Hierbei ist eine zweite, sich stufenförmig erweiternde Wand 10c vorgesehen. Die Länge der Stufen in Umfangsrichtung ist dabei jeweils gleich. Durch die stufenförmig ausgebildete zweite Wand 10c kann somit ein Druckanstieg im Kanal 10 im Betrieb sehr exakt definiert werden.
Ansonsten entspricht das zweite Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann. Bezugszeichenliste
1 Gieitringdichtungsanordnung
2 Gleitringdichtung
3 Rotierender Gleitring
3a Dichtfläche des rotierenden Gleitrings
4 Stationärer Gieitring
4a Dichtfläche des stationären Gleitrings
5 Dichtspalt
6 Raum an der Gleitringdichtung
7 Umwälz-Fördereinrichtung
8 Umwälzrotor
9 Hohlzylindrisches Gehäuse
10 Förderkanal
10a Erste Wand
10b Zweite Wand
10c zweite, stufenförmig erweiternde Wand
11 Innere Mantelfläche
12 Äußere Mantelfläche
13 Startbereich
14 Endbereich
15 Trennsteg
16 Zuführöffnungen
17 Austrittsöffnung
18 Austrittskanal
19 Umwälzleitung
20 Kühleinrichtung
21 Antriebswelle
22 Hülse
30 Pumpenanordnung
31 Pumpe
32 Pumpenrotor
33 Pumpengehäuse
34 Fluidraum
35 Spalt
36 Atmosphäre
37 Aufnahmeraum
80 Schaufeln 90 Zweiter Gehäuseteil
91 Erster Anschluss
92 Zweiter Anschluss
93 Erste Verbindungsöffnung 94 Zweite Verbindungsöffnung
95 Weiterer Verbindungskanal
A Rotationsrichtung
D1 erster Abstand
D2 zweiter Abstand
E1 erste Ebene
E2 zweite Ebene
E3 dritte Ebene
M Mittelachse der Zufuhröffnung R Radiallinie
X-X Axialrichtung
a spitzer Winkel

Claims

Ansprüche
1. Gleitringdichtungsanordnung zur Abdichtung an einem rotierenden Bauteil (21 ), umfassend
• eine Gleitringdichtung (2) mit einem rotierenden Gleitring (3) und einem stationären Gleitring (4), welche zwischen ihren Gleitflächen (3a, 4a) einen Dichtspalt (5) definieren,
• eine Umwälz-Fördereinrichtung (7), welche benachbart zum rotierenden Gleitring
(3) angeordnet ist,
• wobei die Umwälz-Fördereinrichtung (7) eine Umwälzleitung (19), in welcher eine Kühleinrichtung (20) zur Abkühlung des umgewälzten Fluids angeordnet ist, einen Umwälzrotor (8) und ein hohlzylindrisches Gehäuse (9) umfasst,
• wobei die Umwälzleitung (19) zu einem Raum (6) im Bereich des Dichtspaits (5) der Gleitringdichtung (2) führt, wobei das hohlzylindrische Gehäuse (9) eine innere Mantelfläche (11) und eine äußere Mantelfläche (12) aufweist und wobei an der äußeren Mantelfläche (12) ein Förderkanal (10) vorgesehen ist, welcher von einem Startbereich (13) zu einem Endbereich (14) entlang der äußeren Mantelfläche (12) ausgebildet ist,
. wobei der Startbereich (13) des Förderkanals (10) vom Endbereich (14) durch einen Trennsteg (15) getrennt ist,
• wobei eine Vielzahl von Zufuhröffnungen (16) im hohlzylindrischen Gehäuse (9) vorgesehen ist, welche von der inneren Mantelfläche (11) aus im Förderkanal (10) münden, und
• wobei eine einzige Austrittsöffnung (17) am Endbereich (14) vorgesehen ist.
2. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 1 , wobei die Austrittsöffnung (17) in Axialrichtung (X-X) der Gleitringdichtungsanordnung gerichtet ist.
3. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Breite des Förderkanals (10) vom Startbereich (13) zum Endbereich (14) erweitert ist.
4. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 3, wobei sich der Förderkanai (10) ausgehend vom Startbereich bis zum Endbereich kontinuierlich erweitert oder sich stufenweise erweitert.
5. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Mittelachsen (M) der Zufuhröffnungen (16) zu Radiallinien (R) in einem Winkel a geneigt sind.
6. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Umwälzrotor (8) eine Vielzahl von Schaufeln (80) aufweist.
7. Gteitringdichtungsanordnung nach Anspruch 8, wobei die Anzahl der Schaufeln (80) kein gerades Vielfaches der Anzahl der Zufuhröffnungen (16) ist.
8. Gteitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei alle
Mittelpunkte der Zufuhröffnungen (16) in einer ersten Ebene (E1) liegen, welche senkrecht zur Axiatrichtung (X-X) ist.
9. Gteitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Förderkanal (10) eine erste Wand (10a) aufweist, welche in einer zweiten Ebene (E2) liegt, welche senkrecht zur Axialrichtung (X-X) ist.
10. Gteitringdichtungsanordnung nach Anspruch 9, wobei ein Beginn der Austrittsöffnung (17) in einer dritten Ebene (E3) liegt, weiche senkrecht zur Axialrichtung (X-X) ist, und wobei ein erster Abstand (D1 ) zwischen der zweiten und dritten Ebene mindestens doppelt so groß ist wie ein zweiter Abstand (D2) zwischen der zweiten und ersten Ebene.
11. Pumpenanordnung umfassend eine Pumpe (31 ) mit einem Pumpenrotor (32) und einer
Gteitringdichtungsanordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
12. Pumpenanordnung nach Anspruch 11 , wobei die Gteitringdichtungsanordnung (1) radial innerhalb eines Pumpengehäuses (33) angeordnet ist.
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